Выбор города
Изменить
Москва
Санкт-Петербург
Архангельск
Астрахань
Анадырь
Абакан
Барнаул
Благовещенск
Белгород
Брянск
Биробиджан
Владимир
Волгоград
Вологда
Воронеж
Владикавказ
Владивосток
Великий Новгород
Горно-Алтайск
Грозный
Екатеринбург
Ижевск
Иваново
Иркутск
Йошкар-Ола
Казань
Кызыл
Краснодар
Красноярск
Калининград
Калуга
Кемерово
Киров
Кострома
Курган
Курск
Липецк
Майкоп
Махачкала
Магас
Магадан
Мурманск
Нальчик
Нижний Новгород
Новосибирск
Нарьян-Мар
Набережные челны
Омск
Оренбург
Орёл
Петрозаводск
Петропавловск-Камчатский
Пенза
Псков
Пермь
Ростов-на-Дону
Рязань
Сыктывкар
Симферополь
Саранск
Ставрополь
Самара
Саратов
Смоленск
Салехард
Сочи
Сургут
Тамбов
Тверь
Томск
Тула
Тюмень
Тольятти
Уфа
Улан-Удэ
Ульяновск
Хабаровск
Ханты-Мансийск
Черкесск
Чебоксары
Чита
Челябинск
Элиста
Южно-Сахалинск
Якутск
Ярославль
Барановичи
Бобруйск
Борисов
Брест
Витебск
Гомель
Гродно
Жодино
Кобрин
Лида
Минск
Могилев
Новополоцк
Орша
Пинск
Солигорск
Актау
Алматы
Атырау (Гурьев)
Жанаозен
Караганда
Кокшетау
Костанай
Кызылорда
Нур-Султан
Павлодар
Петропавловск
Семей (Семипалатинск)
Талдыкорган
Тараз
Уральск
Усть-Каменогорск
  • Выберите город
  • Доставка и оплата
  • Возврат
  • Помощь
  • Блог
  • Контакты
  • 8 800 555 86 57 Перезвонить мне
  • 8 800 555-86-57 Перезвонить мне
    Перезвоните мне
    Перезвоните мне

    Мы расскажем вам подробно о том, как правильно выбрать аккумулятор, как сохранить уровень зарядки...

    Наши менеджеры проконсультируют по любым интересующим вас вопросам
    Отправляя форму, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c политикой конфиденциальности
Гарантия 12 месяцев Обмен и возврат без проблем Войти
Корзина 0 0 р

Ваша корзина

Нет товаров

Всего 0 р

Оформить заказ

Товар успешно добавлен в корзину
Количество
Всего
В корзине 0 eд. товара В корзине 1 ед. товара
Всего товаров
Продолжить покупки

Улучшая аккумулятор Li-ion: добавки в электролит (присадки)

Улучшая аккумулятор Li-ion: добавки в электролит (присадки)

Как увеличить срок службы, поднять мощность, добавить ёмкость и сохранить безопасность и нормальную стоимость? Решают эти сложные инженерные задачи при помощи создания новых материалов катода, анода, электролита и их особой комбинации между собой, применяя в том числе различные вещества-присадки.


Кто-то реально хочет создать улучшенный аккумулятор Li-ion?

Да, успешные сочетания патентуют и представляют мировому сообществу в качестве новых технологий аккумуляторов. Какие-то из них доходят до рынка [пример], какие-то остаются жить в кулуарах университетов.


Каким методом удаётся увеличить срок службы Li-ion аккумулятора:

  • • чаще всего учёным удаётся улучшать катодный материал;
  • • хуже всего поддаётся улучшениям анод;
  • • электролит мечтают сделать твердотельным или хотя бы приблизить к этому состоянию (сейчас он жидкостный, в особых случаях гелевый).

Наиболее перспективный метод основан на технологиях изменения электролита добавками. Здесь используются достаточно простые решения (присадки). И они уже активно внедряются прямо сейчас, например, для производства смартфонов.


Улучшая аккумулятор Li-ion: добавки в электролит (присадки)
Выдержка из патента Tesla WO 2019/241869 A1 (заявка в патентное бюро США).

Присадки в аккумуляторах Li-ion — добавки в электролиты

Добавки к электролиту — подход, который показал успешные результаты. Проводились эксперименты с увеличением срока службы литий-ионного аккумулятора.


Присадки к аккумуляторам Li-ion — это особые вещества, которые при сочетании с материалами элемента питания уменьшают паразитарные реакции между электролитом и электродными материалами.


За счёт этих улучшений, например, поднимают напряжение до 4,4В. Уменьшенный из-за перезаряда срок службы нивелируется присадками, увеличивающими срок службы.


Производители спешат рассказать, какой замечательный у них аккумулятор после усовершенствования электролита. Вот только немногие из коммерсантов действительно хорошо понимают, как действуют эти добавки (присадки) на самом деле и просто копируют других, либо мешают концентрации «от балды».


Если обратиться к исследованию «Effects of Electrolyte Additives and Solvents on Unwanted Lithium Plating in Lithium-Ion Cells» (в переводе: «Влияние добавок к электролиту и растворителей на нежелательное литиевое покрытие в литий-ионных элементах») [опубликовано в научном издании IOP Publishing в 2017-м году], то там упоминается весьма любопытное умозаключение:


«Никто точно не знает, как и где именно в цикле заряда-разряда они [присадки] окажутся выгодны. Поэтому важно иметь возможность определять объёмы и комбинации добавок, которые могут помочь в понимании, как они взаимодействуют [с электролитом и между собой], какими преимуществами в зависимости от напряжения обладают.» © MCAPN-2014-3a.


Другими словами, необходим метод, который точно скажет: «Вот столько-то присадок такого-то типа материала нужно для электролита аккумулятора, чтобы очередной новый смартфон Apple, Samsung или Xiaomi проработал ещё дольше от одной зарядки и ещё больше отслужил по циклам».


И такой метод есть.


Улучшая аккумулятор Li-ion: добавки в электролит (присадки)

Как производители определяют, сколько добавлять присадок в электролит Li-ion-аккумулятора?

Они используют метод изотермической микрокалориметрии [источник — публикация в научном журнале Physical Chemistry Chemical Physics].


Что такое метод микрокалориметрии (изотермической) и какой от него толк?

Он помогает точно определить эффекты от добавки к электролиту литий-ионного аккумулятора любой электрохимической системы (LCO, NMC, LFP и других). Он определяет, как будут купироваться паразитарные реакции, происходящие в зависимости от уровня заряда.


Как именно используется этот метод?

Нужен микрокалориметр высокого разрешения (например, ТАМ — TA Instruments-Waters LLC). В нём сравнивают тепловой поток в различных концентрациях добавок к электролиту. Измерения выполняются при разном уровне заряда.


Важно понять, какая будет разница в тепловыделении. Эти цифры показывают разницу паразитного тепла после добавления присадок в зависимости от состояния заряда. Затем подсчитываем экономическую целесообразность определённого веса присадочных веществ в электролите.


Пример расчёта добавок к электролиту в батареях гаджетов

Приведём пример влияния присадки винилен карбоната (вещество UNII по ISO 11238: 1X0ZZF9WFV) для электролита в маленькой пакет-ячейке (полимерный pouch-bag) литий-ионного кобальтового аккумулятора, который применяется в гаджетах (например, смарт-часы):


  • • ёмкость 225 мА·ч;
  • • катод — LiCoO2;
  • • анод — графит;
  • • электролит — жидкостный;
  • • присадка — винилен карбонат (C3H2O3, эфир ненасыщенной циклической угольной кислоты).

На графике изображено, как присадка снижает паразитарные реакции при заряде аккумулятора до напряжения выше 3,9В (в данном случае — заряд до 4,2В и разряд до 3,775В). Причём она продолжает снижать эти реакции с увеличением состояния заряда. Успех!


Улучшая аккумулятор Li-ion: добавки в электролит (присадки)
Изотермическая микрокалориметрия Li-ion с присадкой C3H2O3.

На верхнем графике показаны измерения тепловыделения под нагрузкой (порядка 300 часов) и без (около 100 часов). На нижнем — профиль напряжения.


Для наглядности приведены измерения только ячейки с 4%-м составом присадки винилен карбоната.


Даже при таких малых токах, как 2 мА, тепловыделение маленького аккумулятора на 2–3 порядка больше у контрольной ячейки, чем у экземпляра с добавлением присадки. Причём во всём диапазоне напряжений.


В исследовании указано, что разница между 2% и 4% присадочного вещества практически незаметна — то есть пользы от добавления более 2% присадок для этой ячейки никакой нет.


Улучшая аккумулятор Li-ion: добавки в электролит (присадки)
Изотермическая микрокалориметрия Li-ion с присадкой C3H2O3.

***

Метод микрокалориметрии (изотермической) — хороший, простой, относительно доступный и эффективный способ проверить эффективность добавок к электролиту улучшенного аккумулятора Li-ion. К сожалению, не все производители им пользуются [источник].


Производители доверяют общим подходам и тенденциям на рынке, иногда копируют разработки других компаний (например, аккумуляторы Contemporary Amperex Technology для iPhone).


Фактически есть производители-поставщики аккумуляторов, которые мешают материалы «от балды». Например, они достигают максимальных напряжений заряда, увеличивая ёмкость (про эту историю).


Имея точные цифры, безошибочно определяется, сколько именно выбрать присадок для комбинации в конкретном химическом составе Li-ion-ячейки. Они получают более выгодные схемы производства эффективных аккумуляторов, где уменьшены паразитарные реакции на положительном электроде.


Литературу, которую использовали в статье, предлагаем для дальнейшего самостоятельного изучения вопроса:


  • • Исследование «Isothermal microcalorimetry as a tool to study solid–electrolyte interphase formation in lithium-ion cells» [ссылка в Pubs.rsc.org].
  • • Исследование «The Application of Isothermal Microcalorimetry to the Study of Parasitic Reactions in Lithium Ion Batteries» [ссылка в Dalspace.Library.dal.ca]
  • • Журнал «Power Sources» авторства Y. Saito, K. Takano, K. Kanari, A. Negishi, K. Nozaki и K. Kato, страницы 97–98 и 688–692 (2001 год, издание появлялось в Google Books, сейчас ссылка умерла).
  • • Журнал «Electrochem. Soc.» авторства W. Lu и J. Prakash, J., издание 150, страницы A262–A266 (2003 год, можно найти в PDF).

Логотип компании «Неовольт»

Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.


Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.



Оставить комментарий

Комментарий: *
Имя: *
E-mail: * (Не публикуется)
Вебсайт: (url сайта сhttps://)
Обязательные поля помечены *

Подписка (RSS->EMAIL)

Вы узнаете, как выбрать качественный аккумулятор
и будете получать лучшие предложения
первым

Как заменить